(57)【要約】【課題】３次元多層記録媒体の記録再生に適した層間分離機能を持つと共に、光量のケラレ等が少なく光の利用効率が高い光ピックアップ及び光情報記録再生装置を実現する。【解決手段】本発明の光ピックアップでは、光源１と、光源１からの光束を集光し記録媒体６に光スポットを照射する第１の集光光学系５と、前記記録媒体６に照射された光スポットの位置制御機構と、前記記録媒体６からの戻り光を分離する光束分離手段３と、その分離された光束を集光する第２の集光光学系８と、微小口径ミラー９及び光検出器１２を備え、前記光源１からの光束を第１の集光光学系５で集光して記録媒体６に光スポットを照射し、位置制御機構でその光スポットの位置制御を行い、記録媒体６からの戻り光を光束分離手段３で分離して第２の集光光学系８で微小口径ミラー９に収束させ、その微小口径ミラー９からの反射光を光検出器１２で検出する。【選択図】図１
2006344333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光情報記録再生装置の光ピックアップにおいて、
光源と、光源からの光束を集光し記録媒体に光スポットを照射する第１の集光光学系と、前記記録媒体に照射された光スポットの位置制御機構と、前記記録媒体からの戻り光を分離する光束分離手段と、その分離された光束を集光する第２の集光光学系と、微小口径ミラー及び光検出器を備え、前記光源からの光束を前記第１の集光光学系で集光して前記記録媒体に光スポットを照射し、前記位置制御機構でその光スポットの位置制御を行い、前記記録媒体からの戻り光を前記光束分離手段で分離して前記第２の集光光学系で前記微小口径ミラーに収束させ、その微小口径ミラーからの反射光を前記光検出器で検出することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
請求項１記載の光ピックアップにおいて、
前記微小口径ミラーの構造に関して、表面に微小な凹凸を持たせた低反射率な不透明基板上に微小径の平面ミラーを設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
請求項１記載の光ピックアップにおいて、
前記微小口径ミラーの構造に関して、低反射率な透明基板上に微小径の平面ミラーを設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光ピックアップにおいて、
前記記録媒体からの戻り光を分離して前記微小口径ミラーに収束させ、その反射光を非点収差発生手段に通して集束することにより、集光スポットに非点収差を発生させ、その集光スポットの変化を４分割光検出器により差動検出することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光ピックアップにおいて、
前記記録媒体からの戻り光を分離して前記微小口径ミラーに収束させ、その反射光を屈折させるプリズムを通して集束させ、その集光スポットの位置変化を４分割光検出器により差動検出することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光ピックアップにおいて、
前記記録媒体からの戻り光を分離して前記微小口径ミラーに収束させ、該微小口径ミラーを戻り光の光軸方向に振動させることにより、フォーカス制御用の信号を検出することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の光ピックアップにおいて、
前記記録媒体からの戻り光を分離した後、前記微小口径ミラーに収束させる第２の集光光学系と、前記微小口径ミラーとを一体的に形成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の光ピックアップにおいて、
前記光束分離手段に偏光ビームスプリッタを用い、該偏光ビームスプリッタと第１の集光光学系の間、及び偏光ビームスプリッタと微小口径ミラーとの間に１／４波長板を設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
請求項８記載の光ピックアップにおいて、
偏光子を光源と偏光ビームスプリッタとの間に設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一つに記載の光ピックアップにおいて、
前記光源として高出力光源を用い、前記記録媒体として２光子記録材料を用いた多層構造の記録媒体を用い、多層構造の記録媒体に対して２光子記録できることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
３次元多層構造の記録媒体に対して記録または再生を行うことが可能な光情報記録再生装置において、
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ及び、その光ピックアップを備え、光ファイルシステム、大容量情報処理システム等に応用される光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オーディオおよびビデオ動画像ファイル、テキストファイル等のような多様なタイプの情報を組み合わせて記録（記憶）するマルチメディアに関する技術の発展に伴い、大容量の情報を光学的に記録することができる光情報記録媒体（光ディスク）や、大容量の情報の記録や再生等を迅速に行なうことができる光情報記録再生装置が普及してきている。そして、光情報記録再生装置において高密度に記録された光ディスクを再生するため、高い開口数の対物レンズを使用した再生特性を得て、かつディスクの反りなどによる信号劣化を減少させた高密度記録ディスク再生用の光ピックアップが提案されている（例えば特許文献１参照）。この光ピックアップにおいては、対物レンズに入射する光ビームの直径を対物レンズの有効径より小さくして光ディスク上に照射し、該光ディスクからの反射光を前記対物レンズの有効径と略等しい有効径を有する収束レンズにより収束させ、その焦点位置にピンホールを配置し、ピンホールを通過した光を光検出器により検出して信号を得ることを特徴としている。したがって、大きな開口数の対物レンズを用いても、対物レンズに入射するビーム径を、対物レンズの有効径より小さくしているため、光ディスクに入射する際の実効的な開口数は変わらず、光ディスク上のスポットは対物レンズと光ディスク間の傾斜の影響で変化しない。一方、光ディスクからの反射光は、対物レンズの有効径を全部使うことができるため、対物レンズ本来の開口数の解像度を持っており、収束レンズの焦点位置に置かれたピンホールの径を小さくすることにより、光ディスク上のスポットを小さくしたことと等価になる。
【０００３】
ところで、光情報記録媒体の更なる大容量化を目的として、データを２次元平面内だけでなく、奥行き方向（光軸方向）にも記録可能な３次元構造を持つ光情報記録媒体が提案されている。その一例として、基板上に、２層以上の情報記録層が透明層を介して積層されることで記録部が形成されるとともに、当該記録部上に光透過層が形成されてなり、当該光透過層側から光が照射されて情報信号の記録及び／又は再生が行われる多層光ディスクが知られている（特許文献２参照）。そして、この３次元構造の多層光ディスクに対する情報の記録や再生を３次元方向で可能とする光情報記録再生装置を実現することで、より大きな記録容量を実現することが可能である。なお、３次元多層記録媒体としては、記録層（記録媒体）を、光が透過可能な反射層を介して積層した構造でもよい。
【０００４】
ここで、上記多層光ディスクは、情報記録層が多層構造となされているので、情報記録層の厚み方向（深さ方向）である３次元方向においても記録密度の増大が図られて、更なる大容量化が図られる。しかも、この多層光ディスクは、２層以上の情報記録層のうちの少なくとも１層を相変化材料からなる相変化記録層とすることにより、記録再生が可能なものとなり、さらには、記録再生の可能な層を複数有する構造とすることもできる。
また、この多層光ディスクは、情報記録層上に形成される厚みの薄い光透過層側から光を照射して情報信号の記録及び／又は再生が行われるため、対物レンズの更なる高ＮＡ化にも十分対応可能となり、さらなる大容量化が実現される。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１３５４０１号公報
【特許文献２】特開平１１−１９５２４３号公報
【非特許文献１】Science Vol.245,843-844,1989
【非特許文献２】Appl.Opt.Vol.29,2058-2066,1990
【非特許文献３】Opt.Lett.Vol.16,1780-1782,1991
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術による光情報記録再生装置の光ピックアップの一例を図１２を参照して説明する。この光ピックアップにおいては、図１２の構成例において、光源１０１からの光を偏光ビームスプリッタ１０３、１／４波長板１０４、対物レンズ１０５を通して光ディスク１１２に照射し、その反射光を対物レンズ１０５で受光し、反射戻り光は偏光ビームスプリッタ１０３及びハーフミラー１０６により反射され、非点収差光学系１１０により非点収差を発生させながら集光し、４分割光検出器１１１によりサーボ信号を検出する。これに加えて、前述のような多層光ディスクの記録・再生に適した層間分離機能を持たせるため、ハーフミラー１０６を透過した光が集光レンズ１０７で集束され、ピンホール１０８ａを通して光検出器１０９で信号強度変化を検出する機構が設けられている。この従来技術においては、集光レンズ１０７の集束光をピンホール１０８ａを通して光検出器１０９で検出するが、実際のピンホールは少なくとも数十μｍの厚みがあるため、ピンホールの開口径を回折限界付近に近づけると、厚みの影響で集束光がケラレたり、散乱したりして透過光量が減少してしまう。これは開口数（ＮＡ）の大きい集光レンズを用いた場合はより顕著になる。
【０００７】
さらに従来技術の光ピックアップにおいては、図１２の構成において、ピンホール１０８ａを通して光検出器１０９で信号強度変化を検出する機構と、ハーフミラー１０６により反射され、非点収差光学系１１０により非点収差を発生させながら集光し、４分割光検出器１１１によりサーボ信号を検出する機構が別々に設けられている。焦点位置誤差信号については、非点収差光学系１１０により収束光に非点収差を発生させ、４分割光光検出器１１１により検出するが、この系においてはピンホール等を用いていないため、多層光ディスク１１２の深さ方向の層分離機能が弱く、層間隔が狭い多層光ディスクでは多層の各層からの反射光の全てが混合して４分割光検出器１１１に入射してしまい、適切なサーボ信号を得ることができない。このため層間隔が狭い多層光ディスクには適用が困難である。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その第１の技術課題は、３次元構造の多層記録媒体の記録・再生に適した層間分離機能を持つと共に、光量のケラレ等が少なく、光の利用効率が高い光ピックアップと、その光ピックアップを備えた光情報記録再生装置を提供することにある。
また、本発明の第２の技術課題は、３次元構造の多層記録媒体の記録・再生に適した、層間隔が狭い多層記録媒体に対してもフォーカスサーボ信号が得られる光ピックアップと、その光ピックアップを備えた光情報記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段は、光情報記録再生装置の光ピックアップであって、光源と、光源からの光束を集光し記録媒体に光スポットを照射する第１の集光光学系と、前記記録媒体に照射された光スポットの位置制御機構と、前記記録媒体からの戻り光を分離する光束分離手段と、その分離された光束を集光する第２の集光光学系と、微小口径ミラー及び光検出器を備え、前記光源からの光束を前記第１の集光光学系で集光して前記記録媒体に光スポットを照射し、前記位置制御機構でその光スポットの位置制御を行い、前記記録媒体からの戻り光を前記光束分離手段で分離して前記第２の集光光学系で前記微小口径ミラーに収束させ、その微小口径ミラーからの反射光を前記光検出器で検出することを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
本発明の第２の手段は、第１の手段の光ピックアップにおいて、前記微小口径ミラーの構造に関して、表面に微小な凹凸を持たせた低反射率な不透明基板上に微小径の平面ミラーを設けたことを特徴とする（請求項２）。
また、本発明の第３の手段は、第１の手段の光ピックアップにおいて、前記微小口径ミラーの構造に関して、低反射率な透明基板上に微小径の平面ミラーを設けたことを特徴とする（請求項３）。
【００１１】
本発明の第４の手段は、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、前記記録媒体からの戻り光を分離して前記微小口径ミラーに収束させ、その反射光を非点収差発生手段に通して集束することにより、集光スポットに非点収差を発生させ、その集光スポットの変化を４分割光検出器により差動検出することを特徴とする（請求項４）。
また、本発明の第５の手段は、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、前記記録媒体からの戻り光を分離して前記微小口径ミラーに収束させ、その反射光を屈折させるプリズムを通して集束させ、その集光スポットの位置変化を４分割光検出器により差動検出することを特徴とする（請求項５）。
さらに、本発明の第６の手段は、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、前記記録媒体からの戻り光を分離して前記微小口径ミラーに収束させ、該微小口径ミラーを戻り光の光軸方向に振動させることにより、フォーカス制御用の信号を検出することを特徴とする（請求項６）。
【００１２】
本発明の第７の手段は、第１乃至第５のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、前記記録媒体からの戻り光を分離した後、前記微小口径ミラーに収束させる第２の集光光学系と、前記微小口径ミラーとを一体的に形成したことを特徴とする（請求項７）。
また、本発明の第８の手段は、第１乃至第７のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、前記光束分離手段に偏光ビームスプリッタを用い、該偏光ビームスプリッタと第１の集光光学系の間、及び偏光ビームスプリッタと微小口径ミラーとの間に１／４波長板を設けたことを特徴とする（請求項８）。
【００１３】
本発明の第９の手段は、第８の手段の光ピックアップにおいて、偏光子を光源と偏光ビームスプリッタとの間に設けたことを特徴とする（請求項９）。
また、本発明の第１０の手段は、第１乃至第９のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、前記光源として高出力光源を用い、前記記録媒体として２光子記録材料を用いた多層構造の記録媒体を用い、多層構造の記録媒体に対して２光子記録できることを特徴とする（請求項１０）。
【００１４】
本発明の第１１の手段は、３次元多層構造の記録媒体に対して記録または再生を行うことが可能な光情報記録再生装置において、第１乃至第１０のいずれか一つの手段の光ピックアップを備えたことを特徴とする（請求項１１）。
【発明の効果】
【００１５】
第１の手段の光ピックアップは、光源と、光源からの光束を集光し記録媒体に光スポットを照射する第１の集光光学系と、前記記録媒体に照射された光スポットの位置制御機構と、前記記録媒体からの戻り光を分離する光束分離手段と、その分離された光束を集光する第２の集光光学系と、微小口径ミラー及び光検出器を備え、前記光源からの光束を前記第１の集光光学系で集光して前記記録媒体に光スポットを照射し、前記位置制御機構でその光スポットの位置制御を行い、前記記録媒体からの戻り光を前記光束分離手段で分離して前記第２の集光光学系で前記微小口径ミラーに収束させ、その微小口径ミラーからの反射光を前記光検出器で検出することを特徴とするため、微小口径ミラーにより反射した光ビームは、微小開口のピンホールを通した光ビームと同様に、深度方向に高解像度となり、３次元多層記録媒体の記録に適した構成であり、狭間隔の複数の反射層に対してもそれぞれ信号の記録が可能で、かつ深度方向に高解像度な信号読取り再生を行うことが可能になる。
【００１６】
第２の手段の光ピックアップは、第１の手段の光ピックアップにおいて、微小口径ミラーの構造に関して、表面に微小な凹凸を持たせた低反射率な不透明基板上に微小口径の平面ミラーを設けたことを特徴とするため、第１の手段の光ピックアップと同様の作用効果に加えて、微小口径ミラーの周囲部分からの反射による迷光を防止し、再生信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
また、第３の手段の光ピックアップは、第１の手段の光ピックアップにおいて、微小口径ミラーの構造に関して、低反射率な透明基板上に微小口径の平面ミラーを設けたことを特徴とするため、第１の手段の光ピックアップと同様の作用効果に加えて、微小口径ミラーの周囲部分からの反射による迷光を防止し、再生信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１７】
第４の手段の光ピックアップは、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、記録媒体からの戻り光を分離して微小口径ミラーに収束させ、その反射光を非点収差発生手段に通して集束することにより、集光スポットに非点収差を発生させ、その集光スポットの変化を４分割光検出器により差動検出することを特徴とするため、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップと同様の作用効果に加えて、フォーカス誤差信号を得ることができ、集光スポットに関する、深度方向に高解像度なフォーカスサーボを記録媒体中の反射面に対して掛けることができる。
【００１８】
第５の手段の光ピックアップは、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、記録媒体からの戻り光を分離して微小口径ミラーに収束させ、その反射光を屈折させるプリズムを通して集束させ、その集光スポットの位置変化を４分割光検出器により差動検出することを特徴とするため、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップに対する作用効果に加えて、フォーカス誤差信号を得ることができ、集光スポットに関する、深度方向に高解像度なフォーカスサーボを記録媒体中の反射面に対して掛けることができる。
【００１９】
第６の手段の光ピックアップは、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、記録媒体からの戻り光を分離して微小口径ミラーに収束させ、微小口径ミラーを戻り光の光軸方向に振動させることにより、フォーカス制御用の信号を検出することを特徴とするため、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光ピックアップの作用効果に加えて、フォーカス誤差信号を得ることができ、集光スポットに関する、深度方向に高解像度なフォーカスサーボを記録媒体中の反射面に対して掛けることができる。
【００２０】
第７の手段の光ピックアップは、第１乃至第５のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、記録媒体からの戻り光を分離した後、微小口径ミラーに収束させる第２の集光光学系と、前記微小口径ミラーとを一体的に形成したことを特徴とするため、第１乃至第５のいずれか一つの手段の光ピックアップに対する作用効果に加えて、第２の集光光学系と微小口径ミラーを一体的に形成したことにより、光学系の安定性をより向上させることができる。
【００２１】
第８の手段の光ピックアップは、第１乃至第７のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、光束分離手段に偏光ビームスプリッタを用い、偏光ビームスプリッタと第１の集光光学系の間、及び偏光ビームスプリッタと微小口径ミラーとの間に１／４波長板を設けたことを特徴とするため、第１乃至第７のいずれか一つの手段の光ピックアップに対する作用効果に加えて、偏光ビームスプリッタと１／４波長板を用いることで、これらを用いない場合に比べて光源から光検出器への光の伝達効率を向上させることができる。
【００２２】
第９の手段の光ピックアップは、第８の手段の光ピックアップにおいて、偏光子を光源と偏光ビームスプリッタとの間に設けたことを特徴とするため、第８の手段の光ピックアップに対する作用効果に加えて、偏光子を用いることで、これらを用いない場合に比べて光源からの光の偏光度を向上させることができ、偏光ビームスプリッタによる光の分離性能が向上し、迷光が減ることにより再生信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２３】
第１０の手段の光ピックアップは、第１乃至第９のいずれか一つの手段の光ピックアップにおいて、前記光源として高出力光源を用い、前記記録媒体として２光子記録材料を用いた多層構造の記録媒体を用い、多層構造の記録媒体に対して２光子記録できることを特徴とするため、第１乃至第９のいずれか一つの手段の光ピックアップに対する作用効果に加えて、記録波長の１／２の波長に相当するエネルギーで多層構造の記録媒体に記録することができ、記録時に深さ方向により浅く記録できることから、記録媒体と反射層の組み合わせの多層構造において、繰り返しの層間隔をより小さくすることができる。
【００２４】
第１１の手段の光情報記録再生装置は、３次元多層構造の記録媒体に対して記録または再生を行うことが可能な光情報記録再生装置において、第１乃至第１０のいずれか一つの手段の光ピックアップを備えたことを特徴とするため、第１乃至第１０のいずれか一つの手段の作用効果を得ることができ、３次元構造の多層記録媒体の記録・再生に適した層間分離機能を持つと共に、光量のケラレ等が少なく、光の利用効率が高い光情報記録再生装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の構成、動作および作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２６】
［実施例１］
まず本発明の第１の実施例を説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。図１において、光源（例えばレーザ光源）１からの出射光は集光レンズ２により略平行光となり、偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板４を通って第１の集光光学系である対物レンズ５により３次元多層記録媒体（例えば３次元多層光ディスク）６中に集光する。この３次元多層記録媒体６からの反射光は対物レンズ５、１／４波長板４を通って光束分離手段である偏光ビームスプリッタ３により反射され、第２の１／４波長板７を通り、第２の集光光学系である集光レンズ８により微小口径ミラー９上に集光する。この微小口径ミラー９からの反射光は再び集光レンズ８と第２の１／４波長板７を通り、偏光方向が９０度回転され、偏光ビームスプリッタ３を通過して、集光レンズ１１により集束されて光検出器１２上に照射される。ここで微小口径ミラー９は集光レンズ８の概略集光位置付近に配置され、そのミラー口径はそこに集光する光ビームの全光量の大半が反射し、一部がその周囲で透過するように、集光レンズ８の集光スポット径に対して、同等かやや大きい程度の大きさに設定する必要がある。また、微小口径ミラー９はガラス基板１０上に形成されている。
【００２７】
図１の構成では、対物レンズ５は３次元多層記録媒体６に対して、その光軸方向及び光軸に直交する方向に可動する機構（集光スポットの位置制御機構（図示せず））を有する構成となっており、３次元多層記録媒体６に対する集光スポットの相対位置を調節することにより、３次元多層記録媒体６中の記録層に光源１からの強い光を変調して照射し、情報の記録を行い、また、光源からの光を３次元多層記録媒体６中の記録層に照射して、その反射光を光検出器１２で検知することで情報を読み出すことができる。
すなわち、対物レンズ５が、３次元多層記録媒体６の各記録層上に光源１からの光の焦点が合うように多段階に位置制御されることにより、光源１からの光を各記録層に入射させて、情報信号の記録及び／又は再生を独立に行うことができる。このように対物レンズ５を３次元多層記録媒体６の各記録層上に光の焦点が合うように光軸方向に多段階に位置制御することにより、各記録層に良好な状態で記録・再生を行うことが可能である。
【００２８】
なお、図１では光情報記録再生装置の光ピックアップ光学系のみを図示しているが、光情報記録再生装置としては、上記の集光スポットの位置制御機構（フォーカス・アクチュエータ、トラッキング・アクチュエータ、サーボコントローラ等）、光ピックアップ全体を３次元多層記録媒体６の記録面に沿って移動する移動制御機構（シーク機構）、ディスク状の３次元多層記録媒体（３次元多層ディスク）６の回転を制御する回転制御機構（スピンドルモータ、モータドライバ等）、光源（例えばレーザ光源）１の発光を制御する光源制御手段（レーザコントロール回路等）、光検出器１２で検出した信号を処理して各種情報を読み出す信号処理手段（信号処理回路等）、装置全体の制御を司るメイン制御手段（マイクロコンピュータ等からなるＣＰＵ）、前記の各種情報や制御情報を記憶する記憶手段（ＲＯＭ、ＲＡＭ、バッファＲＡＭ等）、外部機器（コンピュータ等）と情報の入出力を行うための入出力手段（Ｉ／Ｏポート、インターフェース等）などを備えている。
【００２９】
次に本実施例の特徴である、微小口径ミラー９の役割について、図２、図３（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図２は図１の中の対物レンズ５と３次元多層記録媒体６の一部分を抜き出した図である。３次元多層記録媒体６は、記録媒体（記録層）と反射層（あるいはバッファ層）を組み合わせた多層構造からなり、対物レンズ５に破線のような平行光線が入射し、その焦点が３次元多層記録媒体６中の或る記録層の反射面（反射層）上に有るとする。ここで、通常の光ディスクと異なり、３次元多層記録媒体６には図２のように複数の反射面（反射層）６ａ，６ｂ，６ｃが存在し、その反射率は１００％ではなく、その次の層に光が透過するように設定されている。この時に、図２の様に平行の入射光に対する対物レンズ５の焦点が３次元多層記録媒体６中の或る記録層の反射面（反射層）６ｂ上に有る場合、その上下にある反射面６ａ，６ｃでも同様にその光束の一部が反射される。その光線の様子を実線及び矢印の向きで示した。すなわち図２で焦点の有る反射面６ｂの上の反射面６ａで反射した光線は平行光に対して発散気味に対物レンズ５から出射し、下の反射面６ｃで反射した光線は対物レンズ５から集束気味に出射する。
【００３０】
さらに、このような光束が微小口径ミラー９において反射するときの作用について、図３（ａ），（ｂ）で説明する。図３（ａ），（ｂ）において、微小口径ミラー９は図２における状態で、戻り光の光束が平行光の時、集光レンズ８の焦点位置に位置し、その径は集光スポット径に対して、同等かやや大きい程度とする。この時、集光レンズ８に対して発散気味の光束が入射した場合を示したのが図３（ａ）、集束気味の光束が入射した場合を示したのが図３（ｂ）である。すなわち図２において対物レンズ５の焦点の有る反射面６ｂの上の反射面６ａで反射した光線は図３（ａ）に相当し、下の反射面６ｃで反射した光線は図３（ｂ）に相当する。図３（ａ），（ｂ）のように、平行入射光でない、発散または集束気味の光線は、微小口径ミラー９に比べて微小口径ミラー９の位置での集光スポット径が焦点位置ずれの関係で大きくなる。このため微小口径ミラー９で反射される光量は平行光線の場合に比べ低下する。すなわち微小口径ミラー９の働きで３次元多層記録媒体６中の或る記録層の反射面６ｂの上下にある、他の反射面６ａ，６ｃからの反射光を抑制することができる。このため光検出器１２に入射する光信号でクロストークとなる他の記録層の反射面の影響を防ぐことができる。ここで光源１は半導体レーザ（ＬＤ）等の空間コヒーレンスの高いものを用いる必要がある。
【００３１】
微小口径ミラー９については、図１では図４に示すような断面構造の、研磨した透明なガラス基板１０上に金属の薄膜を微小口径状に蒸着した微小口径ミラー９を用いているが、これに限らず、基板１０には不透明な半導体や樹脂等の材料も使用できる。また、基板上に金属を微小口径板状に加工したミラーを用いることもできる。微小口径ミラー９の反射面に関しては金属面、誘電体反射膜等が適用できる。作製方法は基板上へ金属のメッキ、蒸着、誘電体の蒸着、スパッタリング等の方法も考えられる。
【００３２】
［実施例２］
次に本発明の第２の実施例を説明する。図５は本発明の第２の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。図５において、光源１からの出射光は集光レンズ２、偏光子１４を通って偏光ビームスプリッタ３により反射され、１／４波長板４を通って対物レンズ５により３次元多層記録媒体６中に集光する。この３次元多層記録媒体６からの反射光は対物レンズ５、１／４波長板４、偏光ビームスプリッタ３を通り、第２の１／４波長板７を通り、集光レンズ８により基板１０上の微小口径ミラー９上に集光する。この微小口径ミラー９からの反射光は集光レンズ８により集束され、第２の１／４波長板７を通り、偏光方向が９０度回転され、偏光ビームスプリッタ３により反射され、集光レンズ１１により集束されて光検出器１２上に照射される。
【００３３】
ここで、微小口径ミラー９に関しては、図６にその断面構造を示すように、不透明な黒い材料の基板１０の表面に金属薄膜の微小口径ミラー９を設け、その周囲を含む基板１０の表面に凹凸を設け、反射を抑える構造になっている。しかし、これに限らず、第１の実施例と同様にその他の構造の基板１０や微小口径ミラー９を用いることが可能である。なお、その他の構成、動作等は第１の実施例と同様である。
【００３４】
［実施例３］
次に本発明の第３の実施例を説明する。図７は本発明の第３の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。この実施例は図１で説明した第１の実施例の構成のうち、集光レンズ１１と光検出器１２’の間に凹レンズタイプのシリンドリカルレンズ１３を設けたところが異なっている。また、光検出器１２’は第１の実施例と異なり、４分割の光検出器１２’を用いている。その他の構成は光源１から集光レンズ１１までは第１の実施例と同様である。すなわち光源１からの光が第１の実施例で説明したのと同様な経路で集光レンズ１１を通り集束され、シリンドリカルレンズ１３を通り４分割の光検出器１２’上に集束する。ここでシリンドリカルレンズ１３は、図８に示す様な４分割の光検出器１２’の受光面の対角線方向（４５度斜め方向）に非点収差が生じるように、４分割の光検出器１２’に対して４５度回転した状態で配置される必要がある。ここで図８に示す様に４分割光検出器１２’の個々の検出器（受光面）を１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄとして、それらの各出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、焦点誤差信号の検出方法としては、焦点誤差信号（フォーカスエラー信号）ＳＥを、
ＳＥ＝(Ｂ＋Ｄ)−(Ａ＋Ｃ)
とすることで得ることができる。
【００３５】
合焦時にＳＥ＝０となるように光学系及び光検出器１２’の出力を調整しておけば、フォーカスエラー信号ＳＥの符号で焦点位置を判定することができる。また、記録信号Ｓに関しては、４分割の光検出器１２’により検出するため、各検出器（受光面）１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを合算して、
Ｓ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
で検出することができる。
【００３６】
さらに、第３の実施例において、図７における３次元多層記録媒体６の中にランドグルーブ構造等を設けた場合は、対物レンズ５からの集光スポットがランドグルーブ構造との位置関係により回折光の光量差からトラッキング誤差信号を得ることができる。このためには４分割の光検出器１２’の出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、トラッキング誤差信号をＳＥＴとすると、例えば、
ＳＥＴ＝(Ａ＋Ｂ)−(Ｃ＋Ｄ)
で検出することができるように、ランドグルーブ構造の全体の光学系に対する方向に応じて、光学系に対する対応した光検出器１２’の位置を調節する必要がある。なお、これ以外の構成、は実施例１、２と同様である。
【００３７】
［実施例４］
次に本発明の第４の実施例を説明する。図９は本発明の第４の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。図９は図７で説明した第３の実施例とほぼ同様の作用をする構成である。しかし、前記実施例３とは異なり、集光レンズ１１の次に、シリンドリカルレンズ１３の代わりにプリズム１３’を配置している。また、４分割光検出器１２’は実施例３の場合と同等であるが、その配置としては図７の実施例３の様な集光レンズ１１の光軸上ではなく、そこからプリズム１３’によりオフセットされた集光レンズ１１の焦点位置付近に配置される必要がある。ここで図８に示した様に、４分割光検出器１２’の個々の検出器を１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄとして、それらの各出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、焦点誤差信号の検出方法としては、焦点誤差信号（フォーカスエラー信号）ＳＥを、
ＳＥ＝(Ａ＋Ｂ)−(Ｃ＋Ｄ)
とすることで得ることができる。
したがって、合焦時にＳＥ＝０となるように光学系及び光検出器の出力を調整しておけば、フォーカスエラー信号ＳＥの符号で焦点位置を判定することができる。
【００３８】
記録信号Ｓに関しては、４分割の光検出１２’により検出するため、各検出器（受光面）１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを合算して、
Ｓ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
で検出することができる。
【００３９】
さらに、第４の実施例において、図９における３次元多層記録媒体６の中にランドグルーブ構造等を設けた場合は、対物レンズ５からの集光スポットがランドグルーブ構造との位置関係により回折光の光量差からトラッキング誤差信号を得ることができる。このためには、４分割光検出器１２’の出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、トラッキング誤差信号をＳＥＴとすると、例えば、
ＳＥＴ＝(Ａ+Ｄ)−(Ｂ＋Ｃ)
で検出することができるように、ランドグルーブ構造の全体の光学系に対する方向に応じて、光学系に対する対応した光検出器１２’の位置を調節する必要がある。なお、これ以外の構成、検出原理は実施例１、２、３と同様である。
【００４０】
［実施例５］
次に本発明の第５の実施例を説明する。図１０は本発明の第５の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。図１０の第５の実施例では、図７の第３の実施例とほぼ同様の構成と動作を行うが、図７において別々に設けられていた集光レンズ８と基板１０上の微小口径ミラー９を、本実施例では図９に示すように集光レンズ８と微小口径ミラー９を一体化した光学部材とした物である。これ以外の構成、検出原理は実施例３の場合と同様である。
【００４１】
［実施例６］
次に図１及び図１１を用いて本発明の第６の実施例を説明する。この実施例では、光ピックアップの構成は図１の第１の実施例と同様であるが、基板１０上に形成された微小口径ミラー９を、集光レンズ８の光軸方向に集光レンズ８の集光スポット位置を中心に高速で前後に往復させるような機構（図示せず）を設けた構成としたものである。この機構の一例としては、微小口径ミラー９を形成した基板１０を電磁コイルや圧電素子（ピエゾ素子）等を用いて往復運動させるような機構や、基板１０と微小口径ミラー９の間に圧電素子等を介在させて、微小口径ミラー９を往復運動させるような機構などがある。そして、本実施例では、この微小口径ミラー９の往復運動に同期して光検出器１２の出力をサンプリングしてモニタする。この様子を図１１に示す。
【００４２】
図１１は縦軸が微小口径ミラー９の、集光レンズ８の光軸方向における位置を、横軸が時間ｔを示している。例えば微小口径ミラー９が集光レンズ８の集光スポット位置に対して離れた位置にある時間タイミングＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４・・・における光検出器１２の出力をａ１、ａ２、ａ３、ａ４・・・とし、また、別の同様な時間タイミングＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４・・・における光検出器１２の出力をｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４・・・とする時、各タイミングにおける差動出力：
ｓ１＝ａ１・ｂ１、ｓ２＝ａ２・ｂ２、ｓ３＝ａ３・ｂ３、ｓ４＝ａ４・ｂ４・・・
の符号をチェックし、合焦時にｓ＝０となるように光学系及び光検出器の出力を調整しておけば、ｓの符号で焦点位置を判定することができる。すなわち、ｓはフォーカスエラー信号とすることができる。この場合、微小口径ミラー９の往復運動の周期は対物レンズ５の位置制御周波数よりも高い周期である必要がある。次に記録信号は光検出器１２の出力をモニタすれば得られる。また、光検出器１２を２分割の光検出器１２Ａ、１２Ｂとすることも可能である。
【００４３】
図２における３次元多層記録媒体６の中にランドグルーブ構造等を設けた場合、対物レンズ５からの集光スポットがランドグルーブ構造との位置関係により回折光の光量差からトラッキング誤差信号を得ることができる。このためには２分割光検出器１２Ａ、１２Ｂの出力をＡ，Ｂとしたとき、トラッキング誤差信号をＳＴとすると、例えば、
ＳＴ＝Ａ・Ｂ
で検出することができるように、ランドグルーブ構造の全体の光学系に対する方向に応じて、光学系に対する対応した光検出器９の位置を調節することでトラッキングエラー信号ＳＴを得ることができる。また、この場合、フォーカスエラー信号ｓは、２分割の光検出器１２Ａ、１２Ｂの和信号、すなわち、
ｓ＝Ａ＋Ｂ
を単一の光検出器１２の代わりに用いることができる。また、記録信号も同様である。なお、これ以外の構成、作用は実施例１と同様である。
【００４４】
［実施例７］
これまでの実施例１乃至６において、光源１に高出力のパルスレーザ等を用い、３次元多層記録媒体６として、２光子記録材料層と高反射層との２層構造の繰り返しからなる多層構造を用いることができる。
すなわち、３次元多層記録媒体６を用いて３次元方向での情報の記録や再生を実現する方法の一つとして、２光子吸収が光強度の２乗に比例して生じることを利用して実現することが可能である（２光子吸収については例えば非特許文献１〜３参照）。
【００４５】
２光子吸収は光強度の２乗に比例して生じるため、例えば、フォトポリマーによって形成される記録層を有する記録媒体に対する情報の記録に際しては、この記録媒体にレーザ光を集光してレーザ光強度の大きな焦点付近でのみ２光子吸収を生じさせ、２光子吸収が生じた部分のフォトポリマーの結合状態を変化させる。結合状態が変化したフォトポリマーは屈折率が変化するため、２光子吸収を利用することによりレーザ焦点付近のみの屈折率を変化させることができる。そして、記録層が複数積層された多層構造の３次元多層記録媒体に対する情報の記録に際しては、レーザ光の焦点位置を一点ずつ３次元的に走査することで、３次元方向で情報を記録することができる。これにより、大容量の３次元多層記録媒体および光情報記録再生装置が実現できる。
【００４６】
また、本実施例の場合、フォーカスエラー信号あるいはトラッキングエラー信号の検出は、実施例３乃至５の構成の方法が適用できる。なお、記録時と再生時では光源１の光出力を変化させ、再生時は記録時の出力よりも下げる必要がある。本実施例では、これ以外の構成、各種信号の検出原理は実施例１乃至６と同様である。
【００４７】
本実施例では、３次元多層記録媒体６の一例として、支持基板と、該支持基板の一面側に順次積層された複数の記録層と、各記録層間を分離する複数の反射層（またはバッファ層）とを備える多層構造の３次元多層記録媒体を記録・再生の対象としている。この３次元多層記録媒体における支持基板としては、ポリカーボネート等が挙げられる。また、各記録層は、フォトポリマー等のように、２光子吸収によって結合状態が変化する材料により形成されている。
【００４８】
多層構造の記録媒体の記録層に用いられるフォトポリマーは、光が照射されることにより単量体（モノマー）から重合体（ポリマー）に変化する高分子化合物であって、通常は、光重合性のモノマー、プレポリマー（すなわち２量体、３量体およびオリゴマー）、またはこれらの混合物、並びにそれらの共重合体（以下、これらを総称して光重合性化合物とする）に、増感剤や重合開始剤を添加したものである。特に好適な光重合性化合物としては、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物のエステルや、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物のアミドなどが挙げられる。一例としては、このようなフォトポリマーの層をポリカーボネート等によって形成される支持基板上に設けたものをフォトポリマー感光材料とする。
【００４９】
また、２光子吸収の感度の高いπ共役化合物をフォトイニシエータとして含む系、例えば、ポリマーバインダーと、重合可能なアクリレートモノマーと、Ｄ−π−Ｄ化合物（Ｄはπ共役橋架け部分と結合しうる低イオン化ポテンシャルの原子または原子群を表す）からなる光重合性組成物を記録層としてポリカーボネート等の材料によって形成される支持基板上に塗布してもよい。
【００５０】
なお、上記の例では、フォトポリマー等のように２光子吸収によって結合状態が変化する材料によって３次元多層記録媒体における各記録層を形成するようにしたが、これに限るものではなく、光を照射することによりフォトクロミズムを生じさせる有機フォトクロミック材料によって記録層を形成するようにしてもよい。例えば、有機フォトクロミック材料であるジアリールエテン分子をポリマーに分散した薄膜（ジアリールエテン系のフォトクロミック材料）を記録層として支持基板上に設けてもよい。このように記録層に有機フォトクロミック材料を用いることにより、有機フォトクロミック材料のフォトクロミズムにより情報が記録されるので、微細な記録マークを形成し、情報を高密度、高効率に記録することができ、また、記録された情報を安定して再生することができる。
【００５１】
本実施例では、記録光源１として高出力のパルスレーザ等を用い、３次元多層記録媒体６として、２光子記録材料層と高反射層（またはバッファ層）との２層構造の繰り返しからなる多層構造を用いることにより、記録波長の１／２の波長に相当するエネルギーで多層構造の記録媒体６に記録を行うことができ、記録時に深さ方向により浅く記録することができることから、記録媒体と反射層の組み合わせの多層構造において、繰り返しの層間隔をより小さくすることができる。したがって、層間隔が狭い３次元多層記録媒体６に対してもフォーカスサーボ信号が得られ、各記録層に対して、情報を高密度、高効率に記録することができ、また、記録された情報を安定して再生することができる光ピックアップと、その光ピックアップを備えた光情報記録再生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。
【図２】図１の中の対物レンズと３次元多層記録媒体の部分を抜き出して示す説明図である。
【図３】図１中の第２の集光レンズに対して発散気味の光束または集束気味の光束が入射した場合の微小口径ミラーへの集光状態と、微小口径ミラーからの反射光の様子を示す図である。
【図４】透明基板上に微小口径ミラーを設けたときの断面構造の一例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。
【図６】不透明基板上に微小口径ミラーを設けたときの断面構造の一例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。
【図８】４分割光検出器の受光面と、その受光面に集光されるスポットの説明図である。
【図９】本発明の第４の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。
【図１０】本発明の第５の実施例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。
【図１１】図１に示す光ピックアップの微小口径ミラーを集光レンズの光軸方向に、集光レンズの集光スポット位置を中心に高速で前後に往復させるように構成したときの、微小口径ミラーの位置の時間変化を示す図である。
【図１２】従来技術の一例を示す光情報記録再生装置の光ピックアップの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１：光源
２：集光レンズ
３：偏光ビームスプリッタ（光束分離手段）
４：１／４波長板
５：対物レンズ（第１の集光光学系）
６：３次元多層記録媒体
７：１／４波長板
８：集光レンズ（第２の集光光学系）
９：微小口径ミラー
１０：基板
１１：集光レンズ
１２：光検出器
１２’：４分割光検出器
１３：シリンドリカルレンズ（非点収差発生手段）
１３’：プリズム
【図１】
2006344333.tif 000003
【図２】
2006344333.tif 000004
【図３】
2006344333.tif 000005
【図４】
2006344333.tif 000006
【図５】
2006344333.tif 000007
【図６】
2006344333.tif 000008
【図７】
2006344333.tif 000009
【図８】
2006344333.tif 000010
【図９】
2006344333.tif 000011
【図１０】
2006344333.tif 000012
【図１１】
2006344333.tif 000013
【図１２】
2006344333.tif 000014